掺钛电解二氧化锰制掺杂LiMn2O4的电化学性能

由掺钛电解二氧化锰和氢氧化锂固相烧结制得系列掺钛或掺镍-钛或掺钴-钛的尖晶石锂锰氧化物样品。采用XRD、充放电循环、交流阻抗、拉曼光谱和环境扫描电镜研究了掺杂对样品电化学性能的改善作用。实验结果表明,在4.6～2.5 V电压区间，600 ℃合成的掺钛尖晶石样制备的扣式电池新样、未经过充放电循环贮存3个月的贮存样、经过40循环充放电并以充电态存放3个月的充电-贮存样进行的充放电循环中,初始放电容量分别为205 mAh·g^-1、172 mAh·g^-1和175 mAh·g^-1，40循环的容量衰减率分别为20.5%、12%、16%。掺钛明显改善尖晶石样的贮存性能。交流阻抗实验表明,掺钛可以保持尖晶石样品存放过程电荷传递阻抗和SEI层阻抗的稳定,并明显减小充电-贮存样的这两项阻抗。非原位XRD衍射表明,掺钛改善了存放过程样品晶粒的稳定性。在深度放电的条件下同时掺杂钴-钛或镍-钛不能明显改善尖晶石样的电化学性能,而掺钛能明显改善尖晶石锂锰氧化物的贮存性能。     

掺锶尖晶石相-LiSr_xMn_(2-x)O_4的合成和电化学性能研究

采用固相合成方法制备掺锶尖晶石型锂锰氧化物 ,通过X射线衍射法对材料的结构进行了表征 .结果表明 ,当掺入的锶含量较低时 ,得到的产物具有尖晶石结构特征 ,并表现出极佳的电化学性能 ,材料在充放电循环 90周次后仍能保持 95%的容量     

氮掺杂硅酸亚铁锂正极材料的制备及电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂的硅酸亚铁锂正极材料.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、充放电测试和交流阻抗测试（EIS）等对材料的结构及电化学性能进行了表征.结果表明,N元素已掺杂到Li₂FeSiO₄材料晶格中,样品具有较小的颗粒尺寸和优异的动力学性能,表现出较好的充放电比容量和倍率特性,首次放电比容量为130 mA·h/g,循环50次后比容量仍可达到124 mA·h/g,容量保持率高达95%.     

0/1/2维混合纳米形貌V2 O5的制备与储锂性能

以P123为结构导向剂,采用溶胶-凝胶法结合冷冻干燥技术制备了0/1/2维混合纳米形貌的正交相V₂O₅电极活性材料.利用XRD和SEM表征了样品的结构和形貌,通过循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试研究了样品的储锂性能.结果显示,这种0/1/2维混合纳米形貌V₂O₅具有较高的储锂容量、优异的电化学循环稳定性和出色的大倍率充放电性能,在1 A/g电流密度下循环500次后放电比容量稳定在117.5 mA·h/g,容量保持率为94.4%,在5 A/g大电流密度下,其放电比容量仍保持在88.2 mA·h/g,性能明显优于未添加P123制备的2D片状V₂O₅材料.     

掺Ga对锂离子电池正极材料LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的影响

采用溶胶-凝胶法在0≤x≤0.5的范围内合成了LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的单相.对样品进行了XRD、粒度、比表面积和充放电循环测试.随着掺Ga量的增加,LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的放电容量增加.其中LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2在2.8～4.3V和0.2C时的首次放电容量为177.5mA·h/g,经25次充放电循环后无容量衰减.LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2的放电容量随着放电倍率的增大而减小,随着充放电域压上限的增加而增大.但是材料的放电容量在高放电倍率下放电后仍可以完全恢复,且其循环性能与放电域压上限无关.此外,LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2在充放电循环中结构稳定,无相变发生.     

掺碳制备锂离子电池正极材料LiFePO4

采用固相法合成LiFePO4和掺碳的LiFePO4,并对不同掺碳量的LiFePO4进行电化学性能测试,室温条件下,在0.1 C倍率下充放电,样品d(ωC=8.5%)的初始放电容量为151.7 mA·h/g.10次循环后,其放电比容量仍有149.5 mA·h/g,容量损失较小.这表明,在合适的制备工艺条件下,掺碳能获得结构稳定、电化学性能良好的锂离子电池正极材料LiFePO4.     

尖晶石锂锰氧结构中的氧缺陷及其修复方法

研究了氧缺陷型尖晶石锂锰氧化物的结构与电化学性能, 根据缺陷化学理论提出了弥补氧缺陷的办法. X射线衍射(XRD)结果表明, 在真空条件下于750 ℃焙烧不同时间后锂锰氧化物主要物相仍可保持尖晶石结构, 并伴随有少量Mn₃O₄和Li₂MnO₃杂相. 充放电测试及交流阻抗结果表明, 锂锰氧化物材料的放电容量随氧缺陷的增加而降低, 随着氧缺陷的增大, 表面膜阻抗及电荷传递阻抗增大、锂离子在锂锰氧固体中的嵌入与累积量减小使电化学性能恶化. 加入LiOH•H₂O和通入氧气焙烧可在一定程度上修复氧缺陷.     

正极材料LiCuxMn2-xO4-xBrx的合成及电化学性能

通过溶胶凝胶法制备了锂锰氧化物LiCuxMn2-xO4-xBrx正极材料,采用XRD、SEM等方法对其进行了表征,并测试了样品的电化学性能．结果表明：合成的LiCuxMn2-xO4-xBrx样品为尖晶石结构,粒径均匀．随着掺杂量的增加,晶胞参数减小;一定量的Cu^2＋和Br^-复合改性增加了尖晶石结构的稳定性,改善了材料的循环性能．实验发现当掺杂量为x=0．03时循环性能最好,初始比容量为97．5mAh／g,50次循环后比容量为82．1mAh／g．     

电池正极材料Li3V2(PO4)3/C的水热合成和性能

以LiOH·H2O, NH4VO3, NH4H2PO4 和麦芽糖等为原料, 采用水热法合成了碳包覆的磷酸钒锂化合物, 考察了碳含量对材料电化学性能的影响. 利用XRD, TEM, SEM和恒流充放电测试等手段对产物的结构、 形貌和电化学性能进行表征. 结果表明, 在650℃煅烧的样品为单一纯相的单斜晶体结构. 晶体颗粒分布为100~300 nm, 粒度分散均匀, 分散性良好, 无团聚现象, 且在颗粒表面包覆了一层无定形碳, 这有利于改善材料的导电率. 含碳量为10.23%的样品, 在倍率1.0C的电流密度下, 在3.0~4.3 V电压范围内, 样品的首次放电比容量高达118.8 mA·h/g, 循环15圈后放电比容量为115.1 mA·h/g, 容量保持率为96.88%.     

层状结构LiMn_(1-x)Cr_xO_2材料合成电化学性能研究

应用流变相法合成掺Cr层状结构锂锰氧化物.XRD分析显示,掺Cr后的锂锰氧化物为单斜晶系(Monoclinic)的层状化合物,而未掺Cr的产物结构则属斜方晶系(Orthorhombic).TEM观测表明,以上两种产物的颗粒都非常细小,直径在60300nm之间,呈球形,且分布均匀.作为锂离子电池正极材料,掺Cr产物的初始容量(>180mAh·g-1)远大于未掺杂的,室温下以50mA·g-1的速率充放40周后仍可保持94%的容量.电化学测试表明,掺Cr的锂锰氧化物能抑制层状结构进一步向尖晶石相转变,从而使其循环能够稳定在2.04.4V范围内.     

Sc3+ 掺杂的尖晶石型LiMn2 O4 正极材料制备及性质

A series of Sc3+-doped spinel lithium manganese oxides Li1+xScyMn2-yO4（y=0.01, 0.02, 0.06, and 0.10）were synthesized by solid state reaction using LiOH·H2O, MnO2, and Sc2O3 as starting materials. The results of powder X-ray diffraction indicated that the doped Li1+xScyMn2-yO4 maintain the cubic structure of spinel phase Fd3m. The electrochemical properties were characterized by electrochemical methods. The initial discharge capacity reached 135 mAh/g and the capacity fading rate was less than 2% after 40 cycles. The spinel phase was well preserved after 40 cycles. The doping of Sc3+ effectively improved the cycleability of spinels, and was a promising way for the improvement of spinel LiMn2O4 cathode materials.     

单斜层状结构锂离子电池正极材料LiY_xMn_(1-x)O_2的合成及其电化学性能

以Na2CO3、(CH3CO2)2Mn.4H2O、Y2O3和CH3COOLi.2H2O为原料,采用高温固相法经过2次灼烧和水热离子交换法得到一系列钇掺杂的LiMn1-xYxO2(x:0.01,0.02,0.03,0.05)化合物。通过XRD、XPS、循环伏安及恒电流充放电测试技术,研究了钇掺杂离子对合成正极材料结构及电化学性能的影响。结果表明,所得产物均具有单斜层状结构。合适的钇掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用,钇离子的引入部分取代原有的三价锰离子,由于钇离子的离子半径较三价锰离子大,因此稀土掺杂锰酸锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大,在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道,更有利于锂离子的嵌入与脱嵌,提高单斜层状LiMnO2材料的电化学循环可逆性及循环稳定性。通过对所得化合物进行了钇掺杂量及电化学性能的研究,得到性能比较优良的LiY0.021Mn0.979O2化合物,其首次放电比容量为125.7mA.h/g,100次循环以后,放电比容量达212.1mA.h/g,远高于未掺杂材料的放电容量138mA.h/g。交流阻抗测试结果表明,Y3+的掺入能降低材料的电化学反应阻抗和提高材料中Li+的扩散能力。     

锂离子电池负极材料碳氮包覆钛酸锂的制备及表征

以钛酸正四丁酯为钛源、甲酸锂为锂源、柠檬酸为碳源、脲作为氮源,采用溶胶-凝胶法制备出了氮修饰碳包覆钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂/NC)的复合电极材料。 借助X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Li₄Ti₅O₁₂/NC的晶体结构、组成和形貌进行了表征分析,结果表明,所得产物是由尖晶石结构Li₄Ti₅O₁₂外围包覆NC组成。 恒电流充放电实验结果显示,碳氮包覆量为9.48% 的Li₄Ti₅O₁₂/NC材料在1C下首次放电比容量为212.9 mA·h/g,充放电循环100周后仍能保持160.1 mA·h/g的较高比容量。 碳氮包覆不会改变材料的晶型,但能有效抑制复合材料粒径增大,同时增加复合材料锂脱嵌活性位点,提高其比容量和导电性。     

Hierarchical Surface Atomic Structure of a Manganese‐Based Spinel Cathode for Lithium‐Ion Batteries

The increasing use of lithium‐ion batteries (LIBs) in high‐power applications requires improvement of their high‐temperature electrochemical performance, including their cyclability and rate capability. Spinel lithium manganese oxide (LiMn₂O₄) is a promising cathode material because of its high stability and abundance. However, it exhibits poor cycling performance at high temperatures owing to Mn dissolution. Herein we show that when stoichiometric lithium manganese oxide is coated with highly doped spinels, the resulting epitaxial coating has a hierarchical atomic structure consisting of cubic‐spinel, tetragonal‐spinel, and layered structures, and no interfacial phase is formed. In a practical application of the coating to doped spinel, the material retained 90 % of its capacity after 800 cycles at 60 °C. Thus, the formation of an epitaxial coating with a hierarchical atomic structure could enhance the electrochemical performance of LIB cathode materials while preventing large losses in capacity.     

单斜层状结构锂离子电池正极材料LiYxMn1-xO2的合成及电化学性能

以Na2CO3 、(CH3CO2)2Mn•4H2O、Y2O3和CH3COOLi•2H2O为原料,采用高温固相法经过2次灼烧和水热离子交换法得到一系列钇掺杂的LiMn1-xYxO2 (x=0.01,0.02,0.03,0.05) 化合物。通过XRD、XPS、循环伏安及恒电流充放电测试,研究了钇掺杂离子对合成正极材料结构及电化学性能的影响。X射线衍射测试结果表明,所得产物均具有单斜层状结构。循环伏安及恒电流充放电测试结果表明,合适的钇掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用, 钇离子的引入可以部分取代原有的三价锰离子, 由于钇离子的离子半径较三价锰离子大, 因此稀土掺杂锰酸锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大, 在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道, 更有利于锂离子的嵌入与脱嵌,提高单斜层状LiMnO2 材料的电化学循环可逆性及循环稳定性。通过对所得化合物进行了钇掺杂量及电化学性能的研究,得到性能比较优良的LiY0.021Mn0.979O2化合物,其首次放电比容量为125.7 mA·h/g,100次循环以后,放电比容量达212.1 mA·h/g,远高于未掺杂材料的放电容量138 mA·h/g。交流阻抗测试结果表明, Y3+的掺入能降低材料的电化学反应阻抗和提高材料中Li+的扩散能力。     

锂离子电池锂锰氧化物高压嵌锂材料的结构和电化学性能研究

利 用 Ｘ Ｒ Ｄ、 Ｉ Ｃ Ｐ、 Ｔ Ｇ Ａ 、 Ｄ Ｔ Ａ 及 恒 流 充 放 电 等 方 法 研 究 分 析 了 一 种 特 殊 天 然 结 构 Ｍｎ Ｏ２（ Ｎ Ｍ Ｄ） 材料的结 构、组成 以及电 化学嵌锂 特性． Ｘ Ｒ Ｄ 分析 表明,该样 品材料 是由钠水 锰矿以及水羟 锰矿复 合结构组 成的 Ｍｎ Ｏ２ 纳米 纤 维． 充放 电 循环 结果 显 示,其 前 期循 环容 量 可高 达 １５０ｍ Ａｈ／ ｇ 左 右,但性 能尚不够 稳定． 本文采 用一种 水热法高 压嵌锂处 理,可将 Ｎ Ｍ Ｄ 样品 转变为 具有３ ×３ 大隧道结 构的钡 镁锰矿（ Ｔｏｄｏｒｏｋｉｔｅ） 型锂 锰氧 化 物,既 增 强了 Ｌｉ ＋ 嵌 入 隧道 或 层间 结 构 的循环稳定 性． 并 显著提 高锂锰氧 化物电 极材料性 能的 稳定 性,以 充放 电电 流密 度 为０ ．８ ｍ Ａ／ｃ ｍ ２ ,经过１８０ 次 循环后 其比容量 仍具有 １１０ ｍ Ａｈ／ ｇ ． 该类 大隧道结 构锂锰 氧化物可 作为一 种３ Ｖ 的锂离子电极 材料．     

磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料的制备及表征

通过三聚氰胺甲醛树脂(MR)中的羟基与石墨烯氧化物(GO)中的羧基发生的沉淀反应来制备功能化的氧化石墨烯前驱体,然后利用溶胶-凝胶及高温热处理方法制备磷酸钒锂/石墨烯复合材料,利用此材料制备了电池电极,并对电极材料进行了结构和电化学表征。结果表明,所得磷酸钒锂为单斜晶系结构,石墨烯堆叠程度显著降低,也有效避免了磷酸钒锂颗粒的团聚,提高了材料的电化学性能。电池的充放电曲线极化较小,在3.0~4.3 V的区间内20 C倍率仍有86 mA·h/g的可逆容量。0.1 C循环100次后容量为119.7 mA·h/g,容量保持率94%。在3.0~4.8 V的高电压区间,10 C倍率下可逆容量80 mA·h/g,0.1 C循环100次后仍有145.6 mA·h/g的可逆容量。优异的循环和倍率性能以及较低的碳含量符合锂离子正极材料实用的要求。     

复合掺杂改性的尖晶石LiMn1.98Cr0.02O4-yCly的研究

采用改进的高温固相法合成了阴阳离子复合掺杂改性的锂离子电池尖晶石结构正极材料LiMn1.98Cr0.02O4-yCly(y=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.10). 采用X射线衍射手段对材料的晶体结构进行了表征. 从材料的晶体结构、充放电容量、循环性能和倍率放电特性等方面分析了复合掺杂在稳定晶体结构和改善材料电化学性能方面的作用. 实验结果表明, 由于复合掺杂的综合作用, 改性后的材料既保持了高的初始容量, 又具有优良的循环性能, 倍率放电性能也得到了有效的改善. 其中LiMn1.98Cr0.02O3.96Cl0.04的综合性能最优, 初始放电比容量达到127 mA·h/g以上, 循环50次后仍有110 mA·h/g的放电比容量.     

结晶度对尖晶石LiMn2O4动力学性质的影响

应用溶胶-凝胶法制备两种结晶度尖晶石锂锰氧化物.X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)等方法测试表明:以较高温度焙烧制得的L iMn2O4样品结晶度较高,但结晶度较低的样品却具有较高的放电容量和较好的循环稳定性,这主要是结晶度较低的样品具有较快的电荷交换速率和锂离子扩散速率.     

纳米锡锌复合氧化物贮锂材料的合成和性质

用液相沉淀-热解法合成了一系列结构和组成不同的锂离子电池纳米锡锌复合氧化物贮锂材料, 通过XRD、TEM和电化学测试对材料进行了表征. 测试结果表明, 非晶态ZnSnO3负极材料的初始可逆贮锂容量为844 mA·h/g, ZnO·SnO2负极材料的初始可逆贮锂容量为845 mA·h/g, SnO2·Zn2SnO4复合物负极材料初始可逆贮锂容量为758 mA·h/g, 循环10周后, 三者的充电容量分别为695, 508和455 mA·h/g, 表明非晶态结构的锡锌复合氧化物具有较好的电化学性质, 随着样品中晶体的形成, 该类型负极材料的贮锂性能下降.